本文以钛合金蒙皮骨架结构为主要应用背景,以钛合金板材的激光搭接焊为主要研究对象,利用大功率YAG激光器和快速轴流型CO₂激光器,对钛合金的激光焊接工艺进行了系统的研究,并对接头的组织和性能进行了分析。采用YAG激光器在钛合金板材上进行表面堆焊试验表明:激光头后倾时,焊缝熔深和熔宽都较激光头前倾时大,轴向保护气体对等离子体的抑制作用更明显;激光头倾角在6¹0度范围内变化对熔深和熔宽的影响不明显;轴向保护气体流量对熔深、熔宽等没有显著的影响,但对焊缝表面的保护效果影响显著;随着离焦量的变化,熔深和熔宽在较小范围内产生变化;随着激光功率的升高,焊接速度的降低,焊缝热输入量增大,焊接时熔化的金属量增多,导致熔深、熔宽均增大。搭接工艺试验表明:骨架的宽度、厚度,蒙皮与骨架间的间隙量以及激光横向偏移量对熔深、熔宽的影响不大,间隙量和激光横向偏移量增大会使焊缝表面咬边、凹陷明显。TC4钛合金CO₂激光搭接焊试验表明:随着焊接热输入减小,焊缝的熔深、熔宽及两板连接宽度均减小;当焊接热输入保持不变,随着激光功率的增加,焊缝的熔深、熔宽及两板连接宽度均明显增大,这说明激光功率在增大焊缝尺寸方面起了更为重要的作用。钛合金YAG激光焊和CO₂激光焊后,熔透和非熔透焊缝均呈典型的钉形形状,钉形焊缝的上下两部分区域的β柱状晶具有不同的生长方向,且上部β柱状晶尺寸大于下部。YAG激光焊非熔透焊缝底端过渡圆滑,而CO₂激光焊底端有尖端凸起的现象。在相同的热输入情况下,YAG激光焊较CO₂激光焊焊缝要宽。焊缝组织为针状马氏体αˊ组成的篮网组织,热影响区中存在少量细小马氏体组织,且呈梯度分布。随着热输入量的增大,β相柱状晶有增大的趋势且内部针状马氏体更加密集。焊接热输入量保持不变,但随着激光功率的增大,焊缝中心的组织也随之变的粗大。钛合金激光焊易产生气孔,气孔趋于分布在熔合线附近;焊接工艺参数相同,未熔透焊缝内部存在大量气孔,熔透焊缝内部气孔缺陷不明显。由于马氏体的界面增强效应,焊缝横向显微硬度沿焊缝中心向母材逐渐降低,焊缝上部的显微硬度值略高于下部。随着焊接热输入的增大,接头的显微硬度值和抗剪强度均增大,但当热输入过大时,焊缝的组织变的粗大,反而降低了接头的显微硬度值和抗剪强度;当焊接热输入相同时,较大的激光功率会得到较粗大的柱状晶组织,从而降低焊接接头的硬度和抗剪强度。